Universidad Nacional Mayor de San MarcosFacultad de ingeniera geolgica, minera, metalrgica y geogrficaE.A.P ingeniera metalrgica

Laboratorio del curso de Anlisis mineral cuantitatitvoMonografa: tratamientos del calcio presentes en los relaves Alumno: Huaccho Yllesca Rodolfo JuniorCdigo: 13160234Curso: Anlisis mineral CuantitativoProfesor: Ing. Pilar AvilsUNMSM-2015

Introduccin:

Muchas empresas mineras realizaron diferentes trabajos de investigacin para formular y proponer una alternativa de solucin a la problemtica ambiental nacional crtica, mediante la aplicacin de un valor agregado de manera directa al relave, que permita el reuso de relave bajo la forma de agregado de construccin para la fabricacin de ladrillos y baldosas.

Puesto que dar solucin a esta problemtica ambiental es de suma importancia, debido a que actualmente, el Per tiene alrededor de 450 minas polimetlicas en estado de abandono, denominados pasivos ambientales mineros, cada uno de ellos actualmente representa una alteracin al medio fsico con el riesgo permanente de contaminacin ambiental, generando un impacto visual negativo y la continua contaminacin producida por efectos climatolgicos del medio fsico circundante.

Fundamentos tericos

Los mtodos utilizados en el anlisis de la caliza son los caractersticos de los minerales y rocas en general. A pesar de que la disolucin de muchos minerales y rocas exige tratamientos enrgicos, la caliza se disuelve con facilidad. Aunque el mtodo de anlisis de cada constituyente es, en general, el mismo que cuando el elemento est aislado, el anlisis es ms difcil, ya que implica la separacin cuantitativa de los constituyentes, debindose evitar cualquier prdida o contaminacin de la muestra y procurando obtener separaciones analticas netas.

El carbonato de calcio (CaCO3) es el principal componente de la roca sedimentaria caliza o calcita. Tambin puede contener pequeas cantidades de minerales como arcilla, hematita, siderita, cuarzo, que modifican el color y el grado de coherencia de la roca. Las calizas dolomticas contienen cantidades elevadas de carbonato de magnesio, en menores cantidades silicatos de calcio y de magnesio y aluminio, as como tambin carbonatos y silicatos de hierro y aluminio. El carcter casi monomineral de las calizas permite reconocerlas fcilmente gracias a dos caractersticas fsicas y qumicas fundamentales: es menos dura que el cobre (su dureza en la escala de Mohs es de 3) y reacciona con efervescencia en presencia de cidos tales como el cido clorhdrico quien descompone este tipo de roca completamente, quedando la slice sin disolver. Algunas calizas se descomponen ms fcilmente si primero se calcinan; otras tienen que someterse a disgregacin por fusin con carbonato sdico.La caliza es importante como reservorio de petrleo, dada su gran porosidad. Tiene una gran resistencia a la desintegracin; esto ha permitido que muchas esculturas y edificios de la antigedad tallados en caliza hayan llegado hasta la actualidad. Sin embargo, la accin del agua de lluvia y de los ros (especialmente cuando se encuentra acidulada por el cido carbnico) provoca su disolucin, creando un tipo de desintegracin caracterstica denominada krstica. La caliza es utilizada en la construccin de enrocamientos para obras martimas y portuarias como rompeolas, espigones, escolleras entre otras estructuras de estabilizacin y proteccin. La roca caliza es un componente importante del cemento gris usado en las construcciones modernas y tambin puede ser usada como componente principal, junto con ridos, para fabricar el antiguo mortero de cal, pasta grasa para creacin de estucos o lechadas para pintar superficies, as como otros muchos usos por ejemplo en industria farmacutica o peletera. Se encuentra dentro de la clasificacin de recursos naturales: recursos no renovables (minerales): no metlicos, como el salitre, el aljez y el azufre. Relaves

Residuos No Valiosos provenientes de la minera y el procesamiento de mineral. Como el material es mayormente fi no y hmedo, debe ser almacenado en botaderos de residuos industriales.Los relaves debern ser depositados en terrenos de relleno que han sido sellados empleando botaderos.Si una morfologa favorable no est disponible, los relaves pueden tambin estar rodeados en todas partes por los botaderos.

Residuos slidos mineros

Los residuos slidos mineros, que resultan del proceso de flotacin de minerales polimetlicos en las plantas concentradoras de las minas son conocidos en la minera como relaves mineros, existiendo estos en sus dos modalidades, como pasivos mineros y activos mineros.

Pasivos mineros

Los pasivos ambientales mineros involucran tanto los socavones o labores mineras, as como los botaderos (escombreras) y los relaves (presas de colas) de minas que dejaron de operar o en abandono, siendo los relaves mineros abandonados, en forma especfica, los que generan las siguientes alteraciones en el medio fsico (medio ambiente):

- Contaminacin de aguas superficiales y subterrneas.- Contaminacin de suelos de la zona de influencia de estos depsitos.- Impacto visual negativo.- Riesgo continuo de daos al ecosistema frente a los desastres naturales.- Presencia de metales pesados en el medio fsico.

Activos mineros

Los activos mineros, en forma especfica, los relaves del proceso de flotacin de minerales polimetlicos, son aquellos relaves mineros de minas en operacin, slo una de las minas en el Per produce25,000 toneladas diarias, lo que hace al mes 750 mil toneladas y al ao 9 millones de toneladas que pasan a formar parte del relave minero de minas en operacin [Ministerio de Energa y Minas, Per (1995)]. Este residuo slido minero proviene nicamente de una sola mina, como existen ms de 150 minas en operacin, Actualmente, esta cifra se eleva a 900 millones de toneladas de residuos mineros en forma anual y creciente.

Procedimiento

Agregado de construccin

El presente estudio se refiere a la obtencin del agregado de construccin a partir de relaves mineros polimetlicos para fabricar ladrillos o baldosas.Es por ello, que el agregado mediante la metodologa de la investigacin realizada, se estableci las tcnicas de fijacin y microencapsulacin de los metales pesados en los relaves mineros, que tiene como propsito estabilizar a los metales peligrosos y contaminantes que se encuentran en los relaves, anulando el proceso natural de disponibilidad y movilidad de los metales pesados que se caracterizan por causar contaminacin cuando estn en estado inestable y por lo tanto migran hacia al medio fsico (suelo y agua).

Encapsulamiento

Conocido tambin como fijacin qumica, es un proceso a travs del cual se inmoviliza e insolubiliza a los metales pesados, este efecto se logra a travs de una reaccin qumica entre los componentes de los metales pesados en la matriz del relave, los sistemas ms comunes de solidificacin involucran a los aglomerantes o cemento.Los procesos de encapsulamiento en relaves no son conocidos, sin embargo el encapsulamiento en escorias es conocido tal como se ha desarrollado en algunos pases como Colombia y Chile, se han elaborado materiales como el ladrillo y baldosas pero a travs de escorias que son materiales de la industria de la fundicin.

En el Per, se han elaborado estudios para la obtencin de ladrillos a partir de lodos, el caso ms conocido es el de la compaa Buenaventura, quienes realizaron el diseo y elaboracin de ladrillos a partir de los lodos de empozamiento del proceso metalrgico.

Pues tambin la compaa minera Buenaventura realizo otro diseo y elaboracin de ladrillos a partir de los relaves mineros.

La hidratacin del cemento, se produce cuando se mezcla el cemento con H2O los silicatos y aluminatos se hidratan, dando lugar una masa rgida y clara conocida con el nombre de cemento endurecido.Existen dos teoras de hidratacin la De Chatelier, y la Micaselis.

La primera hidratacin de chatelier est admitida para la hidratacin de fases intersticiales y la formacin de portlandita. Por su parte la teora de Micaelis, denominada teora coloidal est considerada para la hidratacin de los silicatos de calcio.

Cuando se da lugar a la etapa de cristalizacin para formar un cristal de di silicato de calcio, esta etapa se caracteriza por estar en contacto con el agua, lo cual da lugar a que se forme inmediatamente alrededor de este grano, una capa de hidratos primarios ms pobres en cal que el diSilicato de Calcio. De esta manera, al alcanzarse el lmite crtico de solubilidad de la portlandita esta precipita y la solucin se empobrece en calcio.

Dos factores influyen decididamente en la velocidad de hidratacin: la finura de las partculas y la temperatura, puesto que la reaccin tiene lugar a travs de las superficies en contacto con la solucin una mayor finura del cemento, y por tanto un aumento en la superficie especifica, tiende acelerar la hidratacin.

Microencapsulacin con slice

Es un proceso de tratamiento para metales pesadosy contaminantes orgnicos, que trata en forma efectiva efluentes, aguas y otros lquidos y tambin residuos slidos, suelos, sedimentos y relaves contaminados.Convierte los metales pesados a una forma inerte segura mediante el recubrimiento con slice y es particularmente efectivo para arsnico, cadmio, mercurio, cobre, plomo, zinc y cromo.

Proceso de microcristalizacin de los metales pesados

Para establecer las condiciones de estabilizacin de los metales pesados a travs de la microcristalizacin con el cemento andino que se caracterizapor poseer el silicato di y tri clcico, este componente del cemento logra micro cristalizar a los metales pesados presentes en el relave.

Debido a la presencia de silicio (Si2O) en este tipo de relaves, el proceso de microcristalizacin es ms efectivo, pues al entrar en esta nueva estructura cristalina se van formando silicatos y carbonatos en forma de arcillas que en el tiempo favorecen la consistencia del ladrillo.

Uso del cemento en el proceso de microcristalizacin

Cuando se mezcla el cemento con H2O los silicatos y aluminatos se hidratan, dando lugar una masa rgida y clara conocida con el nombre de cemento endurecido. Segn Chatelier, y la Micaselis, la primera est admitida para la hidratacin de fases intersticiales y la formacin de portlandita, mientrasque hay controversias sobre sus aplicaciones en el caso de silicatos.

Procedimiento para la obtencin del agregado de construccinEl proceso para la obtencin del agregado de construccin, comprende los siguientes pasos:

a) Caracterizar y determinar la calidad del relave, lo cual involucra los siguientes pasos: Caracterizar geoqumicamente el relave; Analizar granulomtricamente; Caracterizar fsicoqumica; Analizar qumicamente; Encapsular los metales pesados en el relave, preparando una mezcla con una proporcin en peso del relave que representa del 70 al 90% del peso total del relave a encapsular, cemento que representa del 9 al 16% en peso del total del relave a encapsular, cal que representa del 1 al 10% en peso del total del relave a encapsular; agregar agua hasta obtener una mezcla coloidal y finalmente secar la mezcla. Caracterizacin geoqumica del relave

Tabla 1. Caracterizacin geoqumica del relave in situ.

MuestraAgAlAsBaBeBiCaCd

P-190ppm%ppmppmppmppm%ppm

26.95.99>100002000.5110.760.5

MuestraCo CrCuFeGaKLaMg

P-190ppmppmppm%ppm%ppm%

26.95.99>100002000.5110.760.5

MuestraMnMoNaNiPPbSSb

P-190ppmppm%ppmppmppm%ppm

26.95.99>100002000.5110.760.5

Anlisis granulomtrico

El relave es de naturaleza polimetlica sulfurado, con alto contenido de metales pesados de cobre, plomo, zinc, hierro, cadmio, arsnico.La granulometra del relave se divide en dos tamaos; por un lado se tiene un tamao de partcula fina, de 74 micrones, y por otro, un tamao de partcula gruesa, de 100 micrones, donde el relave posee una humedad con un valor de 10%; de esta manera, el tamao de grano y el porcentaje de humedad son considerados como las condiciones ptimas del relave para poder someterlo a las pruebas de elaboracin de agregados de construccin para la fabricacin de ladrillos y baldosas.

Caracterizacin fisicoqumica

- Caracterizacin mineralgica del relave polimetlico de flotacin de Ticapampa por microscopia electrnica de barrido.

La caracterizacin se emplea para determinar la forma de cristalizacin, as como el grado de asociacin de las diferentes especies minerales que se encuentran en las muestras del relave polimetlico de flotacin.La caracterizacin mineralgica por microscopa electrnica de barrido se realiz a las muestras de relave, que indicaron la presencia de altos contenidos de sulfuros tales como: galena, esfalerita, pirita.

Caracterizacin mineralgica del relave polimetlico de flotacin por difraccin de rayos X.

Se ha realizado los anlisis por difraccin de rayos X y microscopa electrnica de muestra de los relaves, determinndose la siguiente mineraloga:

Tabla 2. Caracterizacin mineralgica del relave polimetlico de flotacin por difraccin de rayos X.

MineralFormula%

CuarzoSiO280.82

MuscovitaKAI2SI3AIO10(OH)25.15

JarositaKFE3(SO4)2(OH)64.11

YesoCaSO42H2O3.45

DiasporaAIOOH2.79

Paligorskita(Mg,AI)5(Si,AI)8O20(OH)28H2O1.75

Clorita(Mg, AI)6(Si,AI)4O10(OH)81.21

AnhidritaCaSO40.71

El anlisis de difraccin de rayos X, realizada a los puntos de muestreo, indic un alto contenido de slice cuyos valores se encuentran en los rangos entre 80.82-91.27%, as como presencia de yeso,y silicatos hidratados tal como, la muscovita; todos stos minerales, facilitan el posterior proceso de encapsulamiento de metales pesados.

Procedimiento para la fabricacin de ladrillos y baldosas a partir del agregado de construccin.

El proceso para la fabricacin de baldosas y ladrillos a partir del agregado de construccin comprende:

a) Proporcionar los moldes convencionales para los ladrillos y baldosas de acuerdo al tamao y forma requeridos.

b) Preparar una mezcla homognea con una proporcin en:

- Peso de los gruesos del agregado de construccin que representa entre 14 al 70% del peso total de la mezcla,- Cemento que representa del 40 al 70% del peso total de la mezcla,- Cal que representa del 1 al 10% en peso del total del mezcla y- Finos del agregado de construccin que representa del 10 al 22% del peso total de la mezcla.

Figura 2. Mezcla seca del agregado.

c) Agregar agua hasta obtener una mezcla homognea.

Figura 3. Mezcla homognea con agua.

d) Verter en cada molde correspondiente; la mezcla obtenida en los pasos anteriores.

Figura 4. Molde de ladrillo con mezcla homognea de agregado de construccin.

Figura 5. Molde de baldosa con vertido de la mezcla homognea hmeda.

e) Curar (secar) el ladrillo o baldosa en condiciones de temperatura ambiente por un periodo de 26 a 30 das.

Figura 6. Ladrillo fabricado a partir de relave empleado como agregado de construccin.

Figura 7. Baldosa artesanal fabricado a partir de relave empleado como agregado de construccin.

DISCUSIN DE RESULTADOSLos resultados de este estudio se centran en la presentacin de la Metodologa Experimental del Procedimiento para la obtencin de agregados de construccin a partir de relaves mineros polimetlicos y el Procedimiento para la fabricacin de ladrillos y baldosas a partir del agregado de construccin.A continuacin se mostrarn los diagramas de flujo que resumen esta metodologa experimental de ambos procedimientos.

Relave In SituCaracterizacin geoqumicagranulomtrica y fisicoqumica de la calidad del relaveEncapsulamiento de metales pesadosPreparacin de mezcla coloidal con relave,cal, agua y cementoExponer a secado la mezcla coloidalPesado y envasado del agregado en bolsas de 70 kgObtencin de los agregados de construccin medianterelave encapsulado.Figura 8. Esquema del proceso de obtencin de los agregados de construccin.

Agregado de construccin (Relave encapsulado)Disponer de relave encapsulado o agregado de construccinPreparar la mezcla homognea con una proporcin ptima:Gruesos de agregado de construccin: 14-70%Finos de agregado de construccin: 10-22%Cemento: 40-70%Cal: 1-10%Agua: Agregar hasta formar mezclaVertido de la mezcla en moldesCurar (secar)Obtencin de los agregados de construccin medianterelave encapsulado.

Figura 9. Esquema de fabricacin de ladrillos o baldosas a partir de agregados de construccin.DISEO Y TECNOLOGA

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